基于分子筛模板的银团簇结构与性质的理论研究

Silver clusters can be very stable with the protection of zeolite cages, and behave excellent optical and catalytic properties, which is a hot topic in both basic research and application fields. We found that EMT zeolite can afford a high loading amount of Ag cluster as a host template. The optical and catalytic results suggest that the partly reduced clusters plays the key role for the performance, which, however,is not clear for the model structure and mechanism. Therefore,it is very important and deserves in-depth study. In this project, based on the new findings in the experiments, we intend to explore and study the interaction between host zeolite and inside Ag cluster, including the influence of cage size, charge, atoms in zeolite structure, and further build the theoretical Ag cluster model within zeolite environment.In addition, by analysing the TEM，luminescent spectra and in-situ CO IR spectra, we will study the mechanism of the optical and catalytic properties and the relationship between the structure of the Ag cluster and the properties with Density-Functional Theory (DFT) calculations.We will strive to realize the prediction of the properties of the Ag clusters inside the different zeolite cages. We hope to contribute the original achievements in this field for China.

银团簇在分子筛的保护下，可以稳定存在于孔笼内，并具有出色的发光和催化性质，无论在实际应用还是基础研究方面都是热点。我们在实验中发现以EMT分子筛为模板，可以实现银团簇的高载入量，其性质研究结果表明不完全还原的银团簇是其催化和发光性能的关键，然而，这种银团簇模型及其性质机理尚不清楚，具有重要的研究价值。本项目拟基于分子筛/银复合体系实验工作中发现的重要发光和催化性质，通过理论计算模拟探索分子筛孔笼与银团簇相互作用，包括孔笼尺寸、电荷、骨架原子的影响，在分子筛孔笼环境下建立银团簇理论模型；通过透射电子显微镜，一氧化碳催化氧化的原位红外光谱和发光光谱等实验数据，利用密度泛函方法明确银团簇的结构和性质关系，揭示银团簇模型的催化与发光性质机理，并力争实现团簇在不同分子筛孔笼内的性质预测，为我国在该领域提供原创性成果。

过去的三年中,在国家自然科学基金的资助下我们主要对基于分子筛载体的银纳米团簇的合成以及其独特物理性质，如光学性质、电学性质和催化氧化性质等进行了研究，并且理论研究了在分子筛环境下银团簇的结构和稳定性。基于分子筛/银复合材料的独特性质，制备了肿瘤标志物传感器以及一氧化碳气体传感器，取得了一系列重要的成果, 具体可归纳如下: 1）通过无模板剂法低温合成了EMT纳米分子筛，并利用微波还原法合成了银/分子筛复合纳米材料，并实现银团簇的尺寸和价态调控；2）理论研究Sodalite孔笼对银团簇的保护及稳定作用，并研究银团簇对尺寸和电荷依赖的发光性质；3）通过调控银载入量，获得了高导电性能的分子筛/银复合纳米材料，制备了基于分子筛/银的肿瘤标志物传感器，实现了在血清中对甲胎蛋白的高灵敏度检测；4）研究了分子筛/银复合纳米薄膜的催化氧化性质，利用原位红外光谱技术实现了一氧化碳气体传感应用。项目进行期间，我们基于以上结果发表了Biomaterials, Sensors and Actuators B等SCI论文13篇，其中影响因子大于7.0的3篇，本项目通过对分子筛/银复合材料的理论研究和应用的探索，为生物物质和气体传感领域提供了更具实用价值的功能材料，为实际应用奠定基础。